[实用新型]一种基于D型氮化镓开关器件的低损耗快充电源

说明书

本实用新型公开了一种基于D型氮化镓开关器件的低损耗快充电源，包括反激式开关电路及驱动保护电路，其中，反激式开关电路包括反激变压器、D型氮化镓开关器件及吸收电路，驱动保护电路包括稳压源和二极管；D型氮化镓开关器件Q1的源极串联N型MOSFET Q2的漏极，Q2的源极与Q1的门极连接；二极管的阴极与稳压源连接，其阳极连接到Q1的源极节点，二极管用于在Q2关断时，将Q1的门极对源极的负电压钳位在高于稳压源电压的水平。本实用新型使用D型氮化镓器件作为反激电路中的功率开关器件，同时改进反激电路中的驱动保护电路来控制功率开关的关断偏置电压，既降低了开关损耗，又提高了电路稳定性。

技术领域

本实用新型涉及电源领域，特别涉及一种基于D型氮化镓开关器件的低损耗快充电源。

背景技术

随着电子产品的日趋小型化，便携式电子设备像智能手机、手提电脑等越来越广泛地进入到人们的生活中，而每一台便携式电子设备都需要配备一个电池充电器。由于各种便携式电子设备的电池容量的不同和充电接口的不兼容性，几乎每个人或每个家庭都需要有多个不同的充电器，而且由于老一代的充电器的效率和功率密度比较低，充电器的体积和重量都比较大，充电速度也比较慢，这一现象极需要随着技术的进步得到改进。

随着功率电子技术和信息技术的发展新一代的快充电源已经开始逐步推向市场。新一代的快充电源由于采用了更先进的功率电子器件如氮化镓器件等，开关频率能够做得更高，转换效率也更高，从而能够极大地减小充电器的体积和重量，而且能够提供更大的功率，加快充电速度。同时各种便携式电子设备逐渐采用统一的充电接口和智能充电功能，一个紧凑型的快充电源能够为多种便携式电子设备进行充电，为充电需求提供了极大的方便。

与此同时，随着快充电源在体积、重量、性能等方面日趋激烈的竞争，对设计的挑战性也越来越高。为了减小尺寸、增加功率密度电源的开关频率和转换效率需要同时提高，并且要保证优良的工作温度、电磁干扰等性能指标。由于在通常情况下电源的开关损耗和开关频率成正比关系，特别在采用反激式电路拓扑时隔离变压器的漏感损耗在高频开关操作过程中往往比功率开关器件的损耗还要大，这些损耗使得电源的效率随着开关频率的增高呈下降趋势，进一步引起功率器件和整个产品的过热，所以如何能够在提高开关频率的同时保持高效率就成为新一代快充电源设计的一个挑战。另外由于新一代快充电源要能够满足所有便携式电子设备的电池充电要求，输出电压范围非常宽，最少需要覆盖5V到20V的范围，而且负载电流变化范围也非常宽，如何在这种情况下保持最佳电源效率和功率器件的可靠工作也是一个挑战性的设计课题。另一方面因为新一代快充电源的空间设计非常紧凑，元器件之间和导线之间的电磁干扰耦合也相对比较强，从而使得电磁兼容性设计也更具挑战性。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种基于D型氮化镓开关器件的低损耗快充电源，降低电源操作中的功耗，在实现高功率密度的同时实现高效率操作，减小电磁干扰耦合，并保证功率器件工作的可靠性，技术方案如下：

本实用新型提供了一种基于D型氮化镓开关器件的低损耗快充电源，包括反激式开关电路及驱动保护电路，其中，所述反激式开关电路包括反激变压器、D型氮化镓开关器件及吸收电路，所述驱动保护电路包括稳压源和二极管；

所述D型氮化镓开关器件的源极串联N型MOSFET的漏极，所述N型MOSFET的源极与所述D型氮化镓开关器件的门极连接；

所述驱动保护电路中的二极管的阴极与所述稳压源连接，其阳极连接到所述D型氮化镓开关器件的源极节点与N型MOSFET的漏极节点的中间连接点，所述二极管用于在所述N型MOSFET关断时，将所述D型氮化镓开关器件的门极对源极的负电压钳位在高于所述稳压源电压的水平。

进一步地，所述驱动保护电路还包括与所述二极管并联的高阻值电阻，所述高阻值电阻的阻值大于或等于10MΩ。